cover-fisika - WordPress.com

JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
“HYDRODINAMIKA”
OLEH:
Moh. Wildan Harun Arifin
Moh. Disya Anjas Hidayat
Janitra Naufal Faza
Amalia Dewi Anggraeni
PENDAHULUAN
DASAR
TEORI
CONTOH
SOAL
PENUTUP
(155060201111020)
(155060201111017)
(155060200111016)
(155060201111014)
Pendahuluan
Tujuan Pembelajaran :
1. Memahami Konsep Fluida ideal
2. Memahami Konsep Kontinuitas Aliran Fluida
3. Memahami Konsep Debit
4. Memahami Konsep, Hukum Dan Aplikasi
Bernoulli.
2
Dasar Teori
Penjelasan
Fluida
Jenis Fluida
3
Aliran Arus pada
Fluida
Penjelasan Fluida
Fluida adalah istilah yang digunakan untuk menyebut
segala jenis zat yang dapat mengalir. Baik itu dalam
bentuk cairan maupun gas, selama bisa mengalir maka
akan disebut fluida. Hampir semua bentuk air dan gas
disebut fluida. Karena zat cair dan gas memiliki sifat
fisik yang sama, yaitu dapat mengalir dari satu tempat
ke tempat lain.
4
Aliran Arus
FLOW LINE
STREAM LINE
Aliran fluida yang mengikuti suatu garis
(lurus/lengkung) yang jelas ujung pangkalnya.
Garis arus bercabang
5
Garis arus berlapis
TURBULEN
Karena adanya partikel-partikal yang
berbeda arah geraknya, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan
fluida
Jenis Fluida
FLUIDA
FLUIDA IDEAL
FLUIDA AKTUAL
1. Aliran bersifat steady/tunak(tetap) 1. alirannya turbulen
2. Nonviscous (tidak kental)
2. Viscous (kental)
3. Incompresibel (tidak termamfatkan)
3. Compressible (termamfatkan)
6
Hydrodinamika
Debit
Kontinuitas
Hukum Bernoulli
Asas Bernoulli
Torricelli
7
Venturimeter
Tabung pitot
Gaya angkat pesawat
Debit
Jumlah fluida yang mengalir melalui suatu penampang tiap satuan
waktu disebut Debit dan dirumuskan :
t
t
v1
A1
A2
v2
x2
x1
Q = debit (m3/s)
V = volum (m3)
t = waktu (s)
8
Kontinuitas
ALIRAN FLUIDA PADA PIPA
PIPA BERLUAS PENAMPANG BESAR
(A1) DENGAN LAJU
ALIRAN FLUIDA (v1)
A1
v1
A2
v2
v1
A1
PIPA BERLUAS PENAMPANG KECIL
(A2) DENGAN LAJU
ALIRAN FLUIDA (v2)
Massa fluida yang masuk ke salah satu ujung pipa sama dengan
massa fluida yang keluar ari ujung lain.
9
Kontinuitas
Persamaan kontinuitas
m1  m2
1V1  2V2
1  A1x1   2  A2 x2 
1 A1 v1t1   2 A2 v2t2 
A1v1  A2v2
10
Kontinuitas
Dari persamaan kontinuitas dapat disimpulkan :
Kelajuan fluida yang termampatkan berbanding terbalik dengan
Luas penampang pipa dimana fluida mengalir
Perkalian antara luas penampang pipa (A) dengan laju aliran fluida (v) sama
dengan debit (Q) yang juga menyatakan besar volume fluida yang mengalir
persatuan waktu :
V
Q 
t
 Av
Dengan satuan : m3/s
11
Bernoulli
ASAS BERNOULLI
Siapa penemunya?
“Pada
pipa
mendatar
(horizontal), tekanan fluida
paling besar adalah pada
bagian
yang
kelajuan
alirnya paling kecil, dan
tekanan paling kecil adalah
pada bagian yang kelajuan
alirnya paling besar.”
12
Bernoulli
HUKUM BERNOULLI
“Jumlah
dari
tekanan,
tenaga kinetik persatuan
volume,
dan
tenaga
potensial bersatuan volume,
memiliki
nilai
yang
konstan pada setiap titik
sepanjang
garis
aliran
fluida”
13
Bernoulli
Dengan persamaan sebagai berikut :
A’2
A2
A’1
v2
F2
A1
v1
x2
F1
x1
h1
h2
Pada ujung pipa A1 bekerja
tekanan P1 dan pada ujung A2
bekerja tekanan P2.Agar fluida
dapat bergerak dari permukaan
A1 ke permukaan A2 diperlukan
usaha total yang besarnya sama
dengan jumlah perubahan energi
kinetik dan energi potensial.
P1 + ½ v12 + gh1 = P2 + ½ v22 + gh2
p   v   g hkonstan
1
2
14
2
Torricelli
Suatu wadah berisi fluida dan wadah tersebut bocor pada
bagian samping wadah dengan diameter lubang kebocoran
kecil.
v2
Kecepatan semburan (v)
P2
v1
𝐯=
h2
h
P1
h1
𝟐𝐠h2
Jarak mendatar semburan (x)
x
X = 𝟐 h2 . h1
15
Venturimeter
Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat
cair dalam pipa. Untuk venturimeter yang dilengkapi manometer,
besarnya kecepatan aliran zat cair pada pipa besar (v1 ) dirumuskan:
Venturimeter Dengan Manometer
v1
v2
P1
16
P2
v1 
2 '  gh
 A  2 
  1   1
 A2 

Venturimeter
Untuk venturimeter yang tanpa dilengkapi manometer, pada prinsipnya
sama, tabung manometer diganti dengan pipa pengukur beda tekanan
seperti pada Gambar:
Venturimeter Tanpa Manometer
h
v
A
17
a
v1 
2 gh
2
 A1 
   1
 A2 
Tabung Pitot
Tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran
fluida gas.
a
b
1 2
𝜌𝜈 = ρ′ 𝑔ℎ
2
h
c
d
Kelajuan aliran
fluida gas
𝜈=
Kecepatan
gravitasi
18
2𝑔ℎ𝜌′
𝜌
perbedaan
ketinggian
Massa jenis zat
cair
Massa jenis
gas
Gaya Angkat Pesawat
Menurut azas Bernoulli :
F2
V2 ,P2
P2<P1
v2>v1
Dengan persamaan :
V1 ,P1
F1
P1 
1 2
1
v1  P2  v2 2
2
2
P1  P2 

1
 v2 2  v12
2

F1 F2 1
2
2

  v2  v1
A A 2
19



1
2
2
F1  F2  A v2  v1
2
F1-F2 = gaya angkat pesawat

= massa jenis udara

Gaya Angkat Pesawat
20
Contoh Soal
Air mengalir dari pipa A ke B terus ke C. Perbandingan luas
penampang A dengan penampang C adalah 8:3. Jika kecepatan
aliran di penampang A adalah v, maka kecepatan aliran pada
pipa C adalah...
A
21
B
C
Contoh Soal
Gambar dibawah ini menunjukkan peristiwa kebocoran pada
tangki air. Besarnya kecepatan air yang keluar dari lubang
adalah...
1.5m
h
v
0,5m
22
Contoh Soal
Kelajuan
aliran minyak
yangventurimeter
memiliki massa jenis
800 kg/m3
digunaka
Air mengalir
dalam
seperti
gambar.
Jikaventuri
luas
meter
yang dihubungkan
manometer
. Dengan
luas penampang
pipa0,4
besar
2
penampang
besar dengan
1,2𝜋 𝑚
dan luas
penampang
kecil
adalah 5cm2
2 sedangkan luas penampang pipa yang lebih kecil 3cm2. jika beda
𝜋 𝑚 , Hg
maka
aliran20cm,
air yang
melewati
venturimeter
ketinggian
padakecepatan
manometer adalah
tentukanlah
kelajuan
minyak saar
adalah...pipa, gunakan g=10 m/s2 dan massajenis Hg adalah 13600 kg/m3
memasuki
v
23
Contoh Soal
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui
sebesar 1100 kN. Pesawat tersebut memiliki luas penampang
sayap sebesar 80 m2. Jika kecepatan aliran udara di bawah
sayap adalah 250 m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0
kg/m3 tentukan kecepatan aliran udara di bagian atas sayap
pesawat!
24
Pembahasan
Diket:
Aa : A c = 8 : 3
Va = v
jawab:
Qa = Qc
Aa.Va = Ac.Vc
Tanya:
Vc = ?
8
3
25
𝐴𝑎
𝐴𝑐
=
=
Vc =
𝑉𝑐
𝑉𝑎
𝑉𝑐
𝑣
8
𝑣
3
Pembahasan
Diket:
h1 = 1,5m
h2 = 0,5m
Tanya:
v=?
26
Jawab:
h = h1 – h2 = 1,5 – 0,5 = 1 m
v = 2𝑔ℎ = 2.10.1 = 2 5 m/s
Pembahasan
Diket:
Jawab:
A1 = 1,2𝜋 𝑚2
2 −𝜌
2𝑔ℎ
𝜌
2
v A2= = 0,4𝜋 𝑚2 2
𝜌 =𝐴0,1 m−𝑎
h = 10 cm
Jawab:
v=
v =2
2𝑔ℎ
𝐴1 2
−1
𝐴2
2.10.0,1
1,2𝜋 2
−1
0,4𝜋
2.10.0,2 13600 −800
v Tanya:
=
2
800 52 −3
v = 0,5 m/s
v=?
v = 92,47 m/s
27
Pembahasan
Diket:
A = 80 m2
νb = 250 m/s
ρ = 1,0 kg/m3
F = 1100 kN = 1100 000 N
Tanya:
νa = ?
Jawab:
1
F= 𝜌
2
𝑉𝑎2 − 𝑉𝑏 2 A
1
2
1100000 = . 1,0. 𝑉𝑎2 − 2502 80
2200000 = 𝑉𝑎2 − 2502 80
2200000
=
80
𝑉𝑎2 − 2502
27500 = 𝑉𝑎2 − 62500
𝑉𝑎2 = 27500 + 62500 = 90000
28
𝑉𝑎 = 90000 = 300 m/s